EP3136102A1 - Method for determining an antibody-based analyte in bodily fluids of a mammal - Google Patents

Method for determining an antibody-based analyte in bodily fluids of a mammal Download PDF

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EP3136102A1
EP3136102A1 EP16001864.4A EP16001864A EP3136102A1 EP 3136102 A1 EP3136102 A1 EP 3136102A1 EP 16001864 A EP16001864 A EP 16001864A EP 3136102 A1 EP3136102 A1 EP 3136102A1
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EP
European Patent Office
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analyte
antibody
testosterone
reaction space
measuring device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16001864.4A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Grießner
Erik Rümpel
Eva EHRENTREICH-FÖRSTER
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP3136102A1 publication Critical patent/EP3136102A1/en
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G—PHYSICS
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    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/74—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving hormones or other non-cytokine intercellular protein regulatory factors such as growth factors, including receptors to hormones and growth factors
    • G01N33/743—Steroid hormones

Definitions

  • a widely implemented measure in the pig production for meat production is the so-called "piglet castration".
  • the goal is to prevent the formation of sex hormones, such as testosterone, which contributes to the typical "boar odor" and makes the meat only partially edible.
  • Castrated piglets continue to be characterized by better meat quality, faster meat growth and better social behavior.
  • the castration of the piglets is usually carried out without anesthesia and thus acts traumat entered for the affected animals. For this reason, the Federal Ministry of Agriculture has adopted a ban on anesthetic piglet castration from 1 January 2017.
  • testosterone detection methods that allow optical control of the vaccine and thus prevent the risk of "miscarriage”.
  • production of sex hormones in the "young bull” can be checked with such detection methods.
  • EP 12333326 A1 discloses a method for detecting boar odor by determining the levels of skatole and androstenone in a biological sample (measurements from the gas phase affected by all odors).
  • the present invention is based on the finding that these disadvantages of the prior art can be avoided or minimized by the antibody-based method according to the invention for determining the testosterone content in body fluids of a mammal.
  • the mammal may basically be any mammal, especially any male mammal.
  • the mammal is selected from the group comprising pigs and other farm animals.
  • the analyte is selected from the group of hormones or hazardous substances.
  • analyte is testosterone.
  • the reference analyte is immobilized on a surface or as a multimeric analyte conjugate.
  • a further specific embodiment of the method according to the invention is characterized in that the anti-analyte antibody in step b) is also contacted with a labeled secondary antibody against the primary anti-analyte antibody and the binding of the labeled secondary antibody to the conjugate of anti Analyte antibody and reference analyte generates or alters a detectable signal.
  • the signal may basically be any type of detectable signal indicating a change in a chemical or physical parameter.
  • This change can be e.g. the formation or disappearance of a particular product, e.g. a colored or fluorescent product, or a change in the reaction medium, e.g. a pH change, absorption change, viscosity change, aggregate formation, immobilization, etc.
  • the signal may be, for example, an optical, electrochemical, (electro) magnetic or radioactive signal.
  • the signal is an optical signal, e.g. indicates a color change or fluorescence change.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is a competitive assay as in Fig. 1 shown schematically.
  • an anti-testosterone antibody is incubated with the sample.
  • a low testosterone concentration in the sample leads to a low number of paratope binding sites on the anti-testosterone antibody.
  • These antibodies are available for further binding events and thus can bind to surface-immobilized testosterone in a further step.
  • the binding events are read by a readout Signal, for example, a fluorescence signal detected.
  • the method also allows the determination of further analytes such as, for example, pathogens.
  • a more specific embodiment of the method is characterized in that the reference analyte is immobilized on a surface and the detection of the binding of the anti-analyte antibody to the surface with a labeled secondary antibody takes place.
  • An alternative embodiment of the method according to the invention relates to a nanoparticle-based approach which allows an optical control of the testosterone content without further aids.
  • anti-testosterone antibody-coated nanoparticles in particular gold nanoparticles, are used.
  • the antibody-coated nanoparticles are contacted with a multimeric testosterone conjugate, and in the case of free binding sites, cross-linking of nanoparticles and testosterone conjugates which produce a detectable signal, e.g. a color change, generated.
  • a detectable signal e.g. a color change
  • High testosterone concentrations in the sample cause saturation of the paratopes with testosterone.
  • a low testosterone concentration causes free binding sites, which are available to cross-link with the multimeric testosterone conjugate, resulting in a change in absorption behavior and causing a color change.
  • Fig.3 the principle is shown schematically as well as the color change during the aggregation.
  • any removable body fluid can be used as body fluid.
  • this is blood or saliva.
  • Saliva offers the advantage of simple sampling, which allows easy assignment to the respective animal. Detection in blood is one way of performing quality control in the slaughterhouse after slaughter.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the detectable signal is detected and evaluated by means of a portable measuring device.
  • the portable measuring device comprises an integrated camera, a data storage unit and possibly a data transmission unit.
  • Another aspect of the invention comprises a suitable device for carrying out the method according to the invention.
  • a more specific embodiment of this device is characterized in that in the holder for a portable measuring device is a measuring device which comprises a camera, a data storage unit and optionally a data transmission unit, wherein the at least one reaction space and the receiving device of the camera are spatially arranged so that an optical signal generated in the reaction space can be detected directly by the camera.
  • reaction space comprises surface-immobilized analytes.
  • the device or component of the invention is characterized in that the reaction space is defined by the Lambert-Beer law, i. requires or has a defined light transmission.
  • the reaction space can be, for example, a transparent cuvette.
  • Fig. 4 shows an example of such a device with a holder for a portable measuring device (which may be, for example, a standard smartphone) with associated cuvette recording.
  • the assay is performed in the cuvette and recorded with the integrated camera and then evaluated. It can also be read the identification number of the animal, so that an immediate documentation of the results can be done.
  • the use of a management system which guarantees an allocation of pig and sample, allows for increased throughput. Additional cuvette holders can in this case be integrated on the holder.
  • a saliva sample of a test animal is mixed with an anti-testosterone antibody.
  • a low concentration of testosterone results in many paratope binding sites remaining unoccupied and the anti-testosterone antibody being available for further binding events.
  • This is followed by incubation of the anti-testosterone antibody on a planar support previously coated with testosterone.
  • the starting sample contained small amounts of testosterone, a high number of binding events take place.
  • a fluorescently labeled secondary antibody to the primary anti-testosterone antibody the detection of the binding events on the coated surface takes place in the form of a fluorescence signal.
  • the general assay principle is in Fig.1 shown.
  • Fig. 2 Whole blood samples from pigs with different testosterone content were examined. As a control, the whole blood served a sow. The results are in Fig. 2 shown.
  • Animal 1 and 3 correspond to boars, which have high testosterone concentrations and thus give a low fluorescence signal.
  • Tier 2 corresponds to a castrate and Tier 4 of a sow, which have low testosterone concentrations and thus generate a high fluorescence signal.
  • Gold nanoparticles coated with anti-testosterone antibody are prepared and contacted with a multimeric testosterone conjugate (Work protocol according to Kumar, Aaron, Sokolov: Nature Protocols 2008, Vol.3, no. 2, p. 314 ).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines antikörperbasierten Analyten, insbesondere von Testosteron, in Körperflüssigkeiten eines Säugers und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte: a) Kontaktieren einer Körperflüssigkeitsprobe des Säugers mit einem Anti-Analyt-Antikörper, wobei freier Analyt in der Probe an den Anti-Analyt-Antikörper gebunden wird und eine vollständige oder teilweise Absättigung der Analyt-Bindungsplätze des Antikörpers erfolgt, b) Kontaktieren des nach Schritt a) erhaltenen Anti-Analyt-Antikörpers mit Referenz-Analyt und gegebenenfalls Bindung des Referenz-Analyten an noch vorhandene freie Bindungsplätze, wobei durch die Bindung ein detektierbares Signal erzeugt oder verändert wird, c) Messen des erzeugten oder veränderten Signals, und d) gegebenenfalls Vergleichen des gemessenen Signals mit Referenzwerten. Vorzugsweise liegt der Referenz-Analyt dabei auf einer Oberfläche immobilisiert oder als multimeres Analyt-Konjugat vor.The invention relates to a method for the determination of an antibody-based analyte, in particular of testosterone, in body fluids of a mammal and a device suitable for carrying out the method. The method according to the invention comprises at least the following steps: a) contacting a body fluid sample of the mammal with an anti-analyte antibody, wherein free analyte in the sample is bound to the anti-analyte antibody and there is complete or partial saturation of the analyte binding sites of the antibody, b) contacting the anti-analyte antibody obtained according to step a) with reference analyte and, if appropriate, binding of the reference analyte to remaining free binding sites, wherein a detectable signal is generated or changed by the binding, c) measuring the generated or changed signal, and d) optionally comparing the measured signal with reference values. The reference analyte is preferably immobilized on a surface or as a multimeric analyte conjugate.

Description

Hintergrundbackground

Eine weitläufig durchgeführte Maßnahme in der Schweinehaltung für die Fleischproduktion ist die sogenannte "Ferkelkastration". Das Ziel ist es dabei die Bildung von Geschlechtshormonen, wie Testosteron zu verhindern, welches zum typischen "Ebergeruch" beiträgt und das Fleisch nur bedingt genießbar macht. Kastrierte Ferkel zeichnen sich weiterhin durch bessere Fleischqualität, schnelleren Fleischzuwachs und ein besseres Sozialverhalten aus. Die Kastration der Ferkel wird zumeist ohne Betäubung durchgeführt und wirkt damit traumatisierend für die betroffenen Tiere. Das Bundeslandwirtschaftsministerium hat aus diesem Grund ab dem 1. Januar 2017 ein Verbot der betäubungslosen Ferkelkastration verabschiedet.A widely implemented measure in the pig production for meat production is the so-called "piglet castration". The goal is to prevent the formation of sex hormones, such as testosterone, which contributes to the typical "boar odor" and makes the meat only partially edible. Castrated piglets continue to be characterized by better meat quality, faster meat growth and better social behavior. The castration of the piglets is usually carried out without anesthesia and thus acts traumatisierend for the affected animals. For this reason, the Federal Ministry of Agriculture has adopted a ban on anesthetic piglet castration from 1 January 2017.

Um weiterhin der Bildung des "Ebergeruchs" entgegenzuwirken, ergeben sich hauptsächlich drei Möglichkeiten. Dies sind die Kastration unter Narkose, die "Jungebermast" und die Impfung gegen Geschlechtshormone. Die Kastration unter Narkose zeigt sich nachteilhaft, da hierbei mit Narkosemitteln wie Isofluran umgegangen werden muss, die besondere Schutzmaßnahmen erfordern. Das Ferkel empfindet nach der Narkose ebenfalls noch Schmerzen und mitunter kann eine falsche Dosierung zum Tod führen. Die "Jungebermast" verzichtet auf Eingriffe und schlachtet die Tiere noch vor der Bildung des "Ebergeruchs". Allerdings kommt es bei dieser Methode nicht zur Verbesserung des Sozialverhaltens, wodurch Verletzungen durch Kämpfe entstehen können. Die Impfung bspw. mit Improvac® verhindert die Bildung der Geschlechtshormone und zeigt auch sonst alle Vorteil der Kastration. Mitunter kommt es dabei vor, dass das Fleisch der Tiere trotz Impfung noch "Ebergeruch" aufweist, was allerdings erst nach der Schlachtung realisiert werden kann. Somit ist dies nicht mehr zum Verzehr geeignet und das Tier umsonst getötet worden.To further counteract the formation of the "boar taint", there are mainly three options. These are castration under anesthesia, the "boy rump" and the vaccine against sex hormones. The castration under anesthesia is disadvantageous, since it must be handled with anesthetics such as isoflurane, which require special protective measures. The piglet also feels pain after the anesthesia and sometimes a wrong dosage can lead to death. The "young mountain rast" renounces interventions and slaughters the animals before the formation of the "boar taint". However, this method does not improve social behavior, which can result in injury through combat. The vaccination, for example, with Improvac® prevents the formation of sex hormones and shows otherwise all the benefits of castration. Sometimes it happens that the Meat of the animals despite vaccination still "boar odor" shows, which, however, can be realized only after slaughter. Thus, this is no longer suitable for consumption and the animal has been killed for nothing.

Von Interesse sind daher Nachweisverfahren für Testosteron, die eine optische Kontrolle der Impfung ermöglichen und damit das Risiko einer "Fehlschlachtung" verhindern. Ebenso kann die Produktion von Geschlechtshormonen bei der "Jungebermast" mit solchen Nachweisverfahren überprüft werden.Of interest are therefore testosterone detection methods that allow optical control of the vaccine and thus prevent the risk of "miscarriage". Similarly, the production of sex hormones in the "young bull" can be checked with such detection methods.

Bisherige Ansätze nutzen mitunter teure Verfahren, wie gaschromatographische Untersuchungen oder aber die Verwendung von Massenspektrometern, welche nicht für den "Feldeinsatz" geeignet sind. (Erfassung von " Ebergeruch" mit Spurenmesstechnik über die Gasphase, Boeker, Haas, Schulze-Lammers, Tholen; Züchtungskunde 84, (5) S. 439-458 2012 ISSN 0044-5401; Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart ).Previous approaches sometimes use expensive methods, such as gas chromatographic studies or the use of mass spectrometers, which are not suitable for "field use". (Acquisition of " Egeruch "with trace measuring technique over the gas phase, Boeker, Haas, Schulze-Lammers, Tholen, breeding customer 84, (5) P. 439-458 2012 ISSN 0044-5401; publishing house Eugen Ulmer, Stuttgart ).

EP 12333326 A1 offenbart ein Verfahren zum Nachweis von Ebergeruch durch Bestimmung der Skatol- und Androstenongehalte in einer biologischen Probe (Messungen aus der Gasphase, welche durch alle Gerüche beeinflusst ist.) EP 12333326 A1 discloses a method for detecting boar odor by determining the levels of skatole and androstenone in a biological sample (measurements from the gas phase affected by all odors).

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Befund, dass diese Nachteile des Standes der Technik durch das erfindungsgemäße antikörper-basierte Verfahren zur Bestimmung des Testosterongehaltes in Körperflüssigkeiten eines Säugers vermieden oder minimiert werden können.The present invention is based on the finding that these disadvantages of the prior art can be avoided or minimized by the antibody-based method according to the invention for determining the testosterone content in body fluids of a mammal.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Das Verfahren zur Bestimmung eines spezifischen Analyten in Körperflüssigkeiten eines Säugers unter Verwendung einesThe method for the determination of a specific analyte in body fluids of a mammal using a

Anti-Analyt-Antikörpers nach Anspruch 1 umfasst die folgenden Schritte:

  1. a) Kontaktieren einer Körperflüssigkeitsprobe des Säugers mit einem Anti-Analyt-Antikörper, wobei freier Analyt in der Probe an den Anti-Analyt-Antikörper gebunden wird und eine vollständige oder teilweise Absättigung der Analyt-Bindungsplätze des Antikörpers erfolgt,
  2. b) Kontaktieren des nach Schritt a) erhaltenen Anti-Analyt-Antikörpers mit Referenz-Analyt und gegebenenfalls Bindung des Referenz-Analyten an noch vorhandene freie Bindungsplätze, wobei durch die Bindung ein detektierbares Signal erzeugt oder verändert wird,
  3. c) Messen des erzeugten oder veränderten Signals, und
  4. d) gegebenenfalls Vergleichen des gemessenen Signals mit Referenzwerten.
Anti-analyte antibody according to claim 1, comprising the following steps:
  1. a) contacting a body fluid sample of the mammal with an anti-analyte antibody, wherein free analyte in the sample is bound to the anti-analyte antibody and there is complete or partial saturation of the analyte binding sites of the antibody,
  2. b) contacting the anti-analyte antibody obtained according to step a) with reference analyte and, if appropriate, binding of the reference analyte to remaining free binding sites, wherein a detectable signal is generated or changed by the binding,
  3. c) measuring the generated or changed signal, and
  4. d) optionally comparing the measured signal with reference values.

Der Säuger kann grundsätzlich jeder Säuger, insbesondere jeder männliche Säuger sein. Vorzugsweise ist der Säuger aus der Gruppe ausgewählt, welche Schweine und andere Nutztiere umfasst.The mammal may basically be any mammal, especially any male mammal. Preferably, the mammal is selected from the group comprising pigs and other farm animals.

Als Analyte kommen grundsätzlich alle mit einem spezifischen Antikörper nachweisbare Proteine, Peptide, Hormone und niedermolekulare Verbindungen in Frage.In principle, all proteins detectable with a specific antibody, peptides, hormones and low molecular weight compounds are suitable as analytes.

Vorzugsweise ist der Analyt aus der Gruppe der Hormone oder gesundheitsgefährdenden Stoffe ausgewählt.Preferably, the analyte is selected from the group of hormones or hazardous substances.

Besonders bevorzugt ist als Analyt jedoch Testosteron.However, particularly preferred as the analyte is testosterone.

In speziellen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der Referenz-Analyt auf einer Oberfläche immobilisiert oder als multimeres Analyt-Konjugat vor.In specific embodiments of the method according to the invention, the reference analyte is immobilized on a surface or as a multimeric analyte conjugate.

Eine weitere spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anti-Analyt-Antikörper in Schritt b) auch mit einem markierten sekundären Antikörper gegen den primären Anti-Analyt-Antikörper kontaktiert wird und die Bindung des markierten sekundären Antikörpers an das Konjugat von Anti-Analyt-Antikörper und Referenz-Analyt ein detektierbares Signal erzeugt oder verändert.A further specific embodiment of the method according to the invention is characterized in that the anti-analyte antibody in step b) is also contacted with a labeled secondary antibody against the primary anti-analyte antibody and the binding of the labeled secondary antibody to the conjugate of anti Analyte antibody and reference analyte generates or alters a detectable signal.

Das Signal kann grundsätzlich jede Art von detektierbarem Signal sein, welches eine Veränderung eines chemischen oder physikalischen Parameters anzeigt. Diese Veränderung kann z.B. die Bildung oder das Verschwinden eines bestimmten Produkts, z.B. eines farbigen oder fluoreszierenden Produkts, oder eine Veränderung im Reaktionsmilieu, z.B. eine pH-Änderung, Absorptionsänderung, Viskositätsänderung, eine Aggregatbildung, Immobilisierung etc. sein.The signal may basically be any type of detectable signal indicating a change in a chemical or physical parameter. This change can be e.g. the formation or disappearance of a particular product, e.g. a colored or fluorescent product, or a change in the reaction medium, e.g. a pH change, absorption change, viscosity change, aggregate formation, immobilization, etc.

Das Signal kann beispielsweise ein optisches, elektrochemisches, (elektro)magnetisches oder radioaktives Signal sein. Vorzugsweise ist das Signal ein optisches Signal, das z.B. eine Farbänderung oder Fluoreszenzänderung anzeigt.The signal may be, for example, an optical, electrochemical, (electro) magnetic or radioactive signal. Preferably, the signal is an optical signal, e.g. indicates a color change or fluorescence change.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein kompetitiver Assay wie in Fig. 1 schematisch dargestellt.A preferred embodiment of the method according to the invention is a competitive assay as in Fig. 1 shown schematically.

Dabei wird ein anti-Testosteron-Antikörper mit der Probe inkubiert. Eine niedrige Testosteronkonzentration in der Probe führt dazu, dass eine geringe Anzahl an Paratop-Bindungsplätzen am anti-Testosteron-Antikörper belegt ist. Diese Antikörper stehen weiteren Bindungsereignissen zur Verfügung und können folglich in einem weiteren Schritt an oberflächenimmobilisiertes Testosteron binden. Mit einem sekundären Antikörper werden die Bindungsereignisse über die Auslesung eines Signals, beispielsweise eines Fluoreszenzsignals, nachgewiesen. Das Verfahren ermöglicht neben der Bestimmung von Testosteron ebenfalls die Bestimmung von weiteren Analyten wie z.B. Krankheitserregern.An anti-testosterone antibody is incubated with the sample. A low testosterone concentration in the sample leads to a low number of paratope binding sites on the anti-testosterone antibody. These antibodies are available for further binding events and thus can bind to surface-immobilized testosterone in a further step. With a secondary antibody, the binding events are read by a readout Signal, for example, a fluorescence signal detected. In addition to the determination of testosterone, the method also allows the determination of further analytes such as, for example, pathogens.

Eine speziellere Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz-Analyt auf einer Oberfläche immobilisiert ist und der Nachweis der Bindung des Anti-Analyt-Antikörpers an die Oberfläche mit einem markierten sekundären Antikörper erfolgt.A more specific embodiment of the method is characterized in that the reference analyte is immobilized on a surface and the detection of the binding of the anti-analyte antibody to the surface with a labeled secondary antibody takes place.

Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft einen nanopartikel-basierten Ansatz, der eine optische Kontrolle des Testosterongehaltes ohne weitere Hilfsmittel erlaubt. Hierzu werden mit Anti-Testosteron-Antikörper beschichtete Nanopartikel, insbesondere Gold-Nanopartikel, verwendet.An alternative embodiment of the method according to the invention relates to a nanoparticle-based approach which allows an optical control of the testosterone content without further aids. To this end, anti-testosterone antibody-coated nanoparticles, in particular gold nanoparticles, are used.

In einer speziellen Ausführungsform dieses Verfahrens werden die antikörperbeschichteten Nanopartikel mit einen multimeren Testosteronkonjugat kontaktiert und im Falle freier Bindungsplätze erfolgt eine Vernetzung von Nanopartikeln und Testosteronkonjugaten, welche ein detektierbares Signal, z.B. eine Farbänderung, erzeugt.In a specific embodiment of this method, the antibody-coated nanoparticles are contacted with a multimeric testosterone conjugate, and in the case of free binding sites, cross-linking of nanoparticles and testosterone conjugates which produce a detectable signal, e.g. a color change, generated.

Hohe Testosteronkonzentrationen in der Probe bewirken hier wiederum die Absättigung der Paratope mit Testosteron. Eine niedrige Testosteronkonzentration bewirkt freie Bindungsplätze, welche zur Verfügung stehen, um in Anschluss mit dem multimeren Testosteronkonjugat eine Vernetzung durchzuführen, was zu einer Änderung des Absorptionsverhaltens führt und eine Farbänderung hervorruft. In Abb.3 ist das Prinzip schematisch dargestellt sowie die Farbänderung während der Aggregation.High testosterone concentrations in the sample cause saturation of the paratopes with testosterone. A low testosterone concentration causes free binding sites, which are available to cross-link with the multimeric testosterone conjugate, resulting in a change in absorption behavior and causing a color change. In Fig.3 the principle is shown schematically as well as the color change during the aggregation.

Als Körperflüssigkeit kann grundsätzlich jede entnehmbare Körperflüssigkeit verwendet werden. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Blut oder Speichel.In principle, any removable body fluid can be used as body fluid. Preferably, this is blood or saliva.

Speichel bietet den Vorteil einer einfachen Probennahme, die eine Zuordnung zum jeweiligen Tier problemlos ermöglicht. Der Nachweis in Blut stellt eine Möglichkeit dar, nach erfolgter Schlachtung eine Qualitätskontrolle im Schlachthof durchzuführen.Saliva offers the advantage of simple sampling, which allows easy assignment to the respective animal. Detection in blood is one way of performing quality control in the slaughterhouse after slaughter.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das detektierbare Signal mit Hilfe einer tragbaren Messeinrichtung erfasst und ausgewertet wird.A preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the detectable signal is detected and evaluated by means of a portable measuring device.

Typischerweise umfasst die tragbare Messeinrichtung dabei eine integrierte Kamera, eine Datenspeichereinheit sowie gegebenenfalls eine Datenübermittlungseinheit.Typically, the portable measuring device comprises an integrated camera, a data storage unit and possibly a data transmission unit.

Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren so durchzuführen, dass neben Testosteron parallel noch die Anwesenheit von oder der Gehalt an weiteren Analyten festgestellt wird.It is also possible to carry out the method according to the invention in such a way that, in addition to testosterone, the presence of or the content of further analytes is determined in parallel.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Another aspect of the invention comprises a suitable device for carrying out the method according to the invention.

Diese Vorrichtung umfasst mindestens

  • eine Halterung für eine tragbare Messeinrichtung
  • eine tragbare Messeinrichtung
  • mindestens eine Haltevorrichtung für einen Reaktionsraum,
  • mindestens einen Reaktionsraum.
This device comprises at least
  • a holder for a portable measuring device
  • a portable measuring device
  • at least one holding device for a reaction space,
  • at least one reaction space.

Eine speziellere Ausführungsform dieser Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Halterung für eine tragbare Messeinrichtung eine Messeinrichtung befindet, welche eine Kamera, eine Datenspeichereinheit sowie gegebenenfalls eine Datenübermittlungseinheit umfasst, wobei der mindestens eine Reaktionsraum und die Aufnahmevorrichtung der Kamera räumlich so angeordnet sind, dass ein im Reaktionsraum erzeugtes optisches Signal direkt von der Kamera erfasst werden kann.A more specific embodiment of this device is characterized in that in the holder for a portable measuring device is a measuring device which comprises a camera, a data storage unit and optionally a data transmission unit, wherein the at least one reaction space and the receiving device of the camera are spatially arranged so that an optical signal generated in the reaction space can be detected directly by the camera.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Komponente der obigen Vorrichtung, umfassend

  • eine Halterung für eine tragbare Messeinrichtung
  • mindestens eine Haltevorrichtung für einen Reaktionsraum,
  • mindestens einen Reaktionsraum.
Another aspect of the invention relates to a component of the above device comprising
  • a holder for a portable measuring device
  • at least one holding device for a reaction space,
  • at least one reaction space.

Eine speziellere Ausführungsform dieser Vorrichtung oder Komponente ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum oberflächen-immobilisierte Analyten umfasst.A more specific embodiment of this device or component is characterized in that the reaction space comprises surface-immobilized analytes.

Typischerweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung oder Komponente dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum über das Lambert-Beersche Gesetz definiert ist, d.h. einen definierten Lichtdurchlass benötigt bzw. aufweist. Der Reaktionsraum kann beispielsweise eine transparente Küvette sein.Typically, the device or component of the invention is characterized in that the reaction space is defined by the Lambert-Beer law, i. requires or has a defined light transmission. The reaction space can be, for example, a transparent cuvette.

Fig. 4 zeigt beispielhaft eine solche Vorrichtung mit einer Halterung für eine tragbare Messeinrichtung (die z.B. ein handelsübliches Smartphone sein kann) mit zugehöriger Küvettenaufnahme. Der Assay wird in der Küvette durchgeführt und mit der integrierten Kamera aufgenommen und anschließend ausgewertet. Es kann außerdem die Identifikationsnummer des Tieres eingelesen werden, so dass eine sofortige Dokumentation der Ergebnisse erfolgen kann. Der Einsatz eines Managementsystems, welches eine Zuordnung von Schwein und Probe garantiert, ermöglicht einen erhöhten Durchsatz. Zusätzliche Küvettenaufnahmen können in diesem Fall am Halter integriert werden. Fig. 4 shows an example of such a device with a holder for a portable measuring device (which may be, for example, a standard smartphone) with associated cuvette recording. The assay is performed in the cuvette and recorded with the integrated camera and then evaluated. It can also be read the identification number of the animal, so that an immediate documentation of the results can be done. The use of a management system, which guarantees an allocation of pig and sample, allows for increased throughput. Additional cuvette holders can in this case be integrated on the holder.

Die vorliegende Erfindung bietet, insbesondere in ihrer bevorzugten Ausführungsform zur Testosteronbestimmung bei Ebern, die folgenden Vorteile:

  • Die Erfindung ermöglicht die Messung von Testosteron am "point of need". Der Vorteil besteht darin, dass keine Fehlschlachtungen vorkommen und finanzielle Verluste ausbleiben. Männliche Ferkel müssen nicht mehr kastriert werden, sofern eine Impfung erfolgt.
  • Ein kontinuierliches Monitoring der Testosteronkonzentration ist möglich und damit auch der Einsatz in der "Jungebermast".
  • Die Erfindung ermöglicht eine Kombination aus Messsystem und Managementsystem.
  • Die Einfachheit der für die Erfindung genutzten Messapparatur erübrigt den Einsatz von speziellem Personal.
  • Eine Messung mit dieser Erfindung ist innerhalb weniger Minuten möglich.
  • Es besteht die Möglichkeit neben Testosteron auch andere Analyte bspw. für Krankheiten spezifische Moleküle zu detektieren. Dies ermöglicht ein Qualitätsmanagement.
  • Der Einsatz von Nanopartikeln ermöglicht ein homogenes Assay-Prinzip ohne Spülschritte.
The present invention, especially in its preferred embodiment for testosterone determination in boars, offers the following advantages:
  • The invention enables the measurement of testosterone at the "point of need". The advantage is that no slaughtering occurs and financial losses are avoided. Male piglets do not need to be neutered if vaccinated.
  • Continuous monitoring of the testosterone concentration is possible and thus also the use in the "young mountain mast".
  • The invention enables a combination of measuring system and management system.
  • The simplicity of the measuring apparatus used for the invention eliminates the need for dedicated personnel.
  • A measurement with this invention is possible within a few minutes.
  • In addition to testosterone, it is also possible to detect other analytes, for example molecules specific for diseases. This enables quality management.
  • The use of nanoparticles enables a homogeneous assay principle without rinsing steps.

Figurenbeschreibungfigure description

  • Fig. 1 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen kompetitiven Assays Fig. 1 Schematic representation of a competitive assay according to the invention
  • Fig. 2 Analyse des Testosteronspiegels von Schweinen Fig. 2 Analysis of the testosterone level of pigs
  • Fig. 3 Vernetzung von Gold-Nanopartikeln Fig. 3 Crosslinking of gold nanoparticles
  • Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Halterung für eine tragbare Messeinrichtung und einem Küvettenplatz. Fig. 4 shows an apparatus for performing the method according to the invention with a holder for a portable measuring device and a cuvette.
BEISPIEL 1EXAMPLE 1 Fluoreszenz-basierter Assay zum TestosteronnachweisFluorescence-based assay for testosterone detection

Eine Speichelprobe eines Test-Tiers wird mit einem anti-Testosteron-Antikörper gemischt. Eine niedrige Konzentration von Testosteron führt dazu, dass viele Paratop-Bindungsplätze unbesetzt bleiben und der anti-Testosteron-Antikörper für weitere Bindungsereignisse zur Verfügung steht. Im Anschluss daran erfolgt die Inkubation des anti-Testosteron-Antikörpers auf einem planaren Träger, der zuvor mit Testosteron beschichtet wurde. Im Falle, dass die Ausgangsprobe geringe Mengen Testosteron enthielt, findet eine hohe Anzahl an Bindungsereignissen statt. Mit einem fluoreszenzmarkierten sekundären Antikörper gegen den primären anti-Testosteron-Antikörper erfolgt der Nachweis der Bindungsereignisse an der beschichteten Oberfläche in Form eines Fluoreszenzsignals. Das allgemeine Assay-Prinzip ist in Abb.1 dargestellt. Für die Auslesung eines solchen Assays wurden bereits kostengünstige Systeme im IBMT entwickelt ( Kozma et al., A novel handheld fluorescent microarray reader, in Biosensors and Bioelectronics (2013 ). Der hier verwendete Aufbau kann auch genutzt werden, um mehrere Analyte parallel zu bestimmen. Hierzu zählen bspw. Krankheitserreger.A saliva sample of a test animal is mixed with an anti-testosterone antibody. A low concentration of testosterone results in many paratope binding sites remaining unoccupied and the anti-testosterone antibody being available for further binding events. This is followed by incubation of the anti-testosterone antibody on a planar support previously coated with testosterone. In case the starting sample contained small amounts of testosterone, a high number of binding events take place. With a fluorescently labeled secondary antibody to the primary anti-testosterone antibody, the detection of the binding events on the coated surface takes place in the form of a fluorescence signal. The general assay principle is in Fig.1 shown. Low-cost systems have already been developed in the IBMT for the reading of such an assay ( Kozma et al., A novel handheld fluorescent microarray reader, in Biosensors and Bioelectronics (2013 ). The design used here can also be used to determine several analytes in parallel. These include, for example, pathogens.

Es wurden Vollblutproben von Schweinen mit unterschiedlichem Testosterongehalt untersucht. Als Kontrolle diente das Vollblut einer Sau. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 dargestellt. Tier 1 und Tier 3 entsprechen Ebern, welche hohe Testosteronkonzentrationen aufweisen und damit ein geringes Fluoreszenzsignal ergeben. Tier 2 entspricht einem Kastrat und Tier 4 einer Sau, welche geringe Testosteronkonzentrationen aufweisen und damit ein hohes Fluoreszenzsignal generieren.Whole blood samples from pigs with different testosterone content were examined. As a control, the whole blood served a sow. The results are in Fig. 2 shown. Animal 1 and 3 correspond to boars, which have high testosterone concentrations and thus give a low fluorescence signal. Tier 2 corresponds to a castrate and Tier 4 of a sow, which have low testosterone concentrations and thus generate a high fluorescence signal.

BEISPIELEXAMPLE 22 Nanopartikel-basierter Assay zum TestosteronnachweisNanoparticle-based assay for testosterone detection

Mit Anti-Testosteron-Antikörper beschichtete Gold-Nanopartikel werden hergestellt und mit einen multimeren Testosteronkonjugat kontaktiert ( Arbeitsprotokoll nach Kumar, Aaron, Sokolov: Nature Protocols 2008, Vol.3, No. 2, S. 314 ).Gold nanoparticles coated with anti-testosterone antibody are prepared and contacted with a multimeric testosterone conjugate ( Work protocol according to Kumar, Aaron, Sokolov: Nature Protocols 2008, Vol.3, no. 2, p. 314 ).

Im Falle freier Bindungsplätze erfolgt eine Vernetzung von Nanopartikeln und Testosteronkonjugaten, was zu einer Änderung des Absorptionsverhaltens führt und die zuvor rot erscheinende kolloiddisperse Lösung blau färbt. In Fig.3 ist das Prinzip schematisch dargestellt sowie die Farbänderung während der Aggregation. Exemplarisch sind in dem rechtsstehenden Diagramm von Fig. 3 Vernetzungsversuche mit unterschiedlichen Konzentrationen eines multimeren Proteins gezeigt. Es wurde die ADRatio gegen die Zeit aufgetragen, wobei der Assay innerhalb von 10 min als abgeschlossen betrachtet werden kann.In the case of free binding sites, crosslinking of nanoparticles and testosterone conjugates takes place, which leads to a change in the absorption behavior and turns the previously red-appearing colloid-disperse solution blue. In Figure 3 the principle is shown schematically as well as the color change during the aggregation. Exemplary are in the diagram to the right of Fig. 3 Crosslinking experiments with different concentrations of a multimeric protein are shown. The ADRatio was plotted against time and the assay can be considered complete within 10 min.

Claims (16)

In vitro-Verfahren zur Bestimmung eines antikörperbasierten Analyten in Körperflüssigkeiten eines Säugers unter Verwendung eines Anti-Analyt-Antikörpers, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Kontaktieren einer Körperflüssigkeitsprobe des Säugers mit einem Anti-Analyt-Antikörper, wobei freier Analyt in der Probe an den Anti-Analyt-Antikörper gebunden wird und eine vollständige oder teilweise Absättigung der Analyt-Bindungsplätze des Antikörpers erfolgt, b) Kontaktieren des nach Schritt a) erhaltenen Anti-Analyt-Antikörpers mit Referenz-Analyt und gegebenenfalls Bindung des Referenz-Analyten an noch vorhandene freie Bindungsplätze, wobei durch die Bindung ein detektierbares Signal erzeugt oder verändert wird, c) Messen des erzeugten oder veränderten Signals, und d) gegebenenfalls Vergleichen des gemessenen Signals mit Referenzwerten. In vitro method for the determination of an antibody-based analytes in body fluids of a mammal using an anti-analyte antibody, which comprises the following steps: a) contacting a body fluid sample of the mammal with an anti-analyte antibody, wherein free analyte in the sample is bound to the anti-analyte antibody and there is complete or partial saturation of the analyte binding sites of the antibody, b) contacting the anti-analyte antibody obtained according to step a) with reference analyte and, if appropriate, binding of the reference analyte to remaining free binding sites, wherein a detectable signal is generated or changed by the binding, c) measuring the generated or changed signal, and d) optionally comparing the measured signal with reference values. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Analyt Testosteron ist.A method according to claim 1, characterized in that the analyte is testosterone. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz-Analyt auf einer Oberfläche immobilisiert oder als multimeres Analyt-Konjugat vorliegt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the reference analyte is immobilized on a surface or present as a multimeric analyte conjugate. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anti-Analyt-Antikörper in Schritt b) auch mit einem markierten sekundären Antikörper gegen den primären Anti-Analyt-Antikörper kontaktiert wird und die Bindung des markierten sekundären Antikörpers an das Konjugat von Anti-Analyt-Antikörper und Referenz-Analyt ein detektierbares Signal erzeugt oder verändert.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the anti-analyte antibody in step b) is also contacted with a labeled secondary antibody to the primary anti-analyte antibody and the binding of the labeled secondary antibody to the conjugate of Anti-analyte antibody and reference analyte generated or altered a detectable signal. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal ein optisches Signal ist.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the signal is an optical signal. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz-Analyt auf einer Oberfläche immobilisiert ist und der Nachweis der Bindung des Anti-Analyt-Antikörpers an die Oberfläche mit einem markierten sekundären Antikörper erfolgt.A method according to claim 5, characterized in that the reference analyte is immobilized on a surface and the detection of the binding of the anti-analyte antibody to the surface is carried out with a labeled secondary antibody. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit Anti-Testosteron-Antikörper beschichtete Nanopartikel, insbesondere Gold-Nanopartikel, verwendet werden.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that coated with anti-testosterone antibody nanoparticles, in particular gold nanoparticles are used. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die antikörperbeschichteten Nanopartikel mit einen multimeren Testosteronkonjugat kontaktiert werden und im Falle freier Bindungsplätze eine Vernetzung von Nanopartikeln und Testosteronkonjugaten erfolgt, welche ein detektierbares Signal, z.B. eine Farbänderung, erzeugt.A method according to claim 7, characterized in that the antibody-coated nanoparticles are contacted with a multimeric testosterone conjugate and in the case of free binding sites, a crosslinking of nanoparticles and testosterone conjugates takes place, which generates a detectable signal, such as a color change. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperflüssigkeit Speichel oder Blut ist.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the body fluid is saliva or blood. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das detektierbare Signal mit Hilfe einer tragbaren Messeinrichtung erfasst und ausgewertet wird.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the detectable signal is detected and evaluated by means of a portable measuring device. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die tragbare Messeinrichtung eine integrierte Kamera, eine Datenspeichereinheit sowie gegebenenfalls eine Datenübermittlungseinheit umfasst.A method according to claim 10, characterized in that the portable measuring device comprises an integrated camera, a data storage unit and optionally a data transmission unit. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem neben dem Testosteron parallel noch die Anwesenheit von oder der Gehalt an weiteren Analyten festgestellt wird.Method according to one of claims 1 to 11, wherein in addition to the testosterone in parallel nor the presence of or the content of further analytes is determined. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend mindestens - eine Halterung für eine tragbare Messeinrichtung - eine tragbare Messeinrichtung - mindestens eine Haltevorrichtung für einen Reaktionsraum, - mindestens einen Reaktionsraum. Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 12, comprising at least - A holder for a portable measuring device - a portable measuring device at least one holding device for a reaction space, - At least one reaction space. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Halterung für eine tragbare Messeinrichtung eine Messeinrichtung befindet, welche eine Kamera, eine Datenspeichereinheit sowie gegebenenfalls eine Datenübermittlungseinheit umfasst,
wobei der mindestens eine Reaktionsraum und die Aufnahmevorrichtung der Kamera räumlich so angeordnet sind, dass ein im Reaktionsraum erzeugtes optisches Signal direkt von der Kamera erfasst werden kann.Apparatus according to claim 13, characterized in that in the holder for a portable measuring device, a measuring device is located, which comprises a camera, a data storage unit and optionally a data transmission unit,
wherein the at least one reaction space and the receiving device of the camera are arranged spatially so that an optical signal generated in the reaction space can be detected directly by the camera. Komponente einer Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, umfassend - eine Halterung für eine tragbare Messeinrichtung - mindestens eine Haltevorrichtung für einen Reaktionsraum, - mindestens einen Reaktionsraum. Component of a device according to claim 13 or 14, comprising - A holder for a portable measuring device at least one holding device for a reaction space, - At least one reaction space. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14 oder Komponente nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum oberflächen-immobilisierte Analyten umfasst und/oder dass der Reaktionsraum über das Lambert-Beersche Gesetz definiert ist.Apparatus according to claim 13 or 14 or component according to claim 15, characterized in that the reaction space comprises surface-immobilized analytes and / or that the reaction space is defined by the Lambert-Beer law.
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